智能仪器课件第3版 (4)[49页]
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4.7.1 条码的特点
（4）可携带和复印。条码作为一种平面的黑白相间的微小标 签形式，具有携带方便与容易复印的特性，是所有可流通识读 手段中最好的方法。 （5） 灵活实用。条码标识既可以作为一种识别手段单独使用， 也可以与有关识别设备组成系统实现自动化识别和自动化管理。 同时，在没有自动识别设备时，也可实现手工键盘输入。 （6） 易于制作、经济便宜。条形码称为“可印刷的计算机语 言”。条形码标签易于制作，对印刷设备和材料无特殊要求， 设备也相对便宜。识别设备结构简单，操作容易。目前，条形 码被广泛用于大型超市的商品、火车票、产品流水线、登机牌 等物品的识别。 （7）具有寿命长和不可更改的特点。条形码用保护膜方式加 以保护，便可长期保存，不会变形，不会因为时间而损失信息。 而且，条形码不能被随意更改，可防止滥用。
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4.7.1 条码的特点
（1） 可靠性高。键盘输入数据出错率为三百分之一，利用光 学字符识别技术出错率为万分之—，而采用条形码技术误码率 低于百万分之一。据统计，一维条形码的数据读入错误的概率 只有百万分之一，而二维条码的数据读入错误的概率仅为亿分 之一，相对于人工输入等其他数据录入方法来说，条形码数据 输入的方式具有非常高的可靠性。 （2） 输入速度快。与人工运用键盘输入相比，条形码输入的 速度是键盘输入的 5 倍，并能实现“即时输入”。如果采用二 维条码的记录及输入方式，则速度和效率会更高。 （3）采集信息量大。传统一维条形码的信息量为几十位字符， 二维条形码自身可携带有上千个字符的信息，能将标识的物品 信息全部反映出来。
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1、一维条码
一维条形码的用途非常广泛，不同的码制可用于不同 的应用领域。如
✓EAN 码是国际通用的符号体系，是一种长度固 定、无含意的条码，所表达的信息全部为数字， 主要应用于商品标识； ✓39码（Code 39）是目前用途广泛的一种条形码， 可表示数字、英文字母以及“−”、“.”、“/”、 “*” 等 44 个符号，其中“*”仅作为起始符和终止符； ✓93码（Code93）密度较高，能够替代39码； ✓ISBN用于图书管理； ✓25码主要应用于包装、运输以及国际航空系统的 机票顺序编号等。
1、一维条码
一维条形码的用途非常广泛，不同的码制可用于不同 的应用领域。如
✓EAN 码是国际通用的符号体系，是一种长度固 定、无含意的条码，所表达的信息全部为数字， 主要应用于商品标识； ✓39码（Code 39）是目前用途广泛的一种条形码， 可表示数字、英文字母以及“−”、“.”、“/”、 “*” 等 44 个符号，其中“*”仅作为起始符和终止符； ✓93码（Code93）密度较高，能够替代39码； ✓ISBN用于图书管理； ✓25码主要应用于包装、运输以及国际航空系统的 机票顺序编号等。
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4.7.1 条码的分类
随着条形码技术的发展并逐渐渗透到各个技术领 域，条形码的种类越来越多，分类方法也有多种。 按条形码的维数可分为
➢一维条形码 ➢二维条形码 ➢三维条形码
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1、一维条码
一维条码/一维条形码（Bar code）：由一组规则排 列的条、空以及对应的字符组成的标记。
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4.7.1 条码的发展
➢1981 年，128 码被推荐使用， 1982 年 93 码开始使用，这 两种码的条码符号信息密度比 39 码高出近 30%。 ➢随着条码技术的逐步发展，条形码码制种类的不断增加，先 后制定了一系列条形码标准包括军用标准 1189、39 码和 Codabar等。 ➢1991年，美国Symbol公司正式推出PDF417二维条码，其 信息密度是一维码CodeC39的20多倍，信息容量大、可靠性 高、保密防伪性强。 ➢之后，各国研究人员又发明多种二维条码，如Datamatrix、 Maxieodeone等， 之外，还有一些企业和机构发明的未完全公开的二维条码。 ➢目前，条形码被广泛用于大型超市的商品、火车票、产品流 水线、登机牌等物品的识别。
第四章 智能仪器人机交互接口
本章内容
4.1 键盘与接口 4.2 LED显示与接口 4.3 键盘/显示器接口设计 4.7 条码
4.4 LCD显示及接口
4.5 触摸屏
4.6 打印记录技术
4.8 IC卡
首页
4.7 条码
•条码/条形码(Barcode) 技术是集条码编码技术、光 电技术、通讯技术、计算机处理技术、识别技术及印 刷技术等技术于一体的信息自动识别与录入技术，每 一种物品条码是唯一的，通过条码可实现信息的快速 准确获取和传输，具有操作简单，信息量大，成本低 等优点，广泛应用于商业、交通运输、图书管理、物 流配送以及政府机构、医疗卫生、军事等国民经济和 人们日常生活中。
✓ “条”指条形码图像中黑色的直线，“空”指 条形码图像中白色的直线，条和空组合到一起表 示不同的信息。 ✓一维条形码只在水平方向表达信息，在垂直方向 不表达任何信息，条形码的高度只是便于终端设 备进行解码。 ✓一维条形码在使用过程中仅用于识别信息，与物 品信息的对应关系需要通过建立数据库。
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4.7.1 条码的发展
➢产 生 于 二 十 世 纪 二 十 年 代 ， 诞 生 于 威 斯 汀 豪 斯 （Westinghouse）实验室，用于邮件分拣行业。约翰·科芒德 （John Kermode）想对邮政单据实现自动分检。 ➢1970 年美国超级市场 Ad Hoc 委员会制定出通用产品代码 （Universal Product Code，UPC 码），为条码的统一和广 泛采用奠定了基础。 ➢1972 年蒙那奇.马金（Monarch Marking)等人研制出库德 巴(Codabar)码，美国的条形码技术进入新的发展阶段。 ➢1974 年戴维.阿利尔(Davide Allair)博士研制出第一个字母 数字相结合的39码，美国国防部作为军用条码码制，后来广泛 应用于工业领域。 ➢ 1976 年欧洲 12 国（英国、法国、丹麦、瑞士、奥地利、 挪威、瑞典、芬兰、意大利、比利时、原联邦德国、荷兰）在 UPC 条码的基础上制定出欧洲物品编码 EAN-13 和 EAN-8 码。
4.7.1 条码的特点
（4）可携带和复印。条码作为一种平面的黑白相间的微小标 签形式，具有携带方便与容易复印的特性，是所有可流通识读 手段中最好的方法。 （5） 灵活实用。条码标识既可以作为一种识别手段单独使用， 也可以与有关识别设备组成系统实现自动化识别和自动化管理。 同时，在没有自动识别设备时，也可实现手工键盘输入。 （6） 易于制作、经济便宜。条形码称为“可印刷的计算机语 言”。条形码标签易于制作，对印刷设备和材料无特殊要求， 设备也相对便宜。识别设备结构简单，操作容易。目前，条形 码被广泛用于大型超市的商品、火车票、产品流水线、登机牌 等物品的识别。 （7）具有寿命长和不可更改的特点。条形码用保护膜方式加 以保护，便可长期保存，不会变形，不会因为时间而损失信息。 而且，条形码不能被随意更改，可防止滥用。
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4.7.1 条码的特点
（1） 可靠性高。键盘输入数据出错率为三百分之一，利用光 学字符识别技术出错率为万分之—，而采用条形码技术误码率 低于百万分之一。据统计，一维条形码的数据读入错误的概率 只有百万分之一，而二维条码的数据读入错误的概率仅为亿分 之一，相对于人工输入等其他数据录入方法来说，条形码数据 输入的方式具有非常高的可靠性。 （2） 输入速度快。与人工运用键盘输入相比，条形码输入的 速度是键盘输入的 5 倍，并能实现“即时输入”。如果采用二 维条码的记录及输入方式，则速度和效率会更高。 （3）采集信息量大。传统一维条形码的信息量为几十位字符， 二维条形码自身可携带有上千个字符的信息，能将标识的物品 信息全部反映出来。
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1、一维条码
一维条形码的用途非常广泛，不同的码制可用于不同 的应用领域。如
✓EAN 码是国际通用的符号体系，是一种长度固 定、无含意的条码，所表达的信息全部为数字， 主要应用于商品标识； ✓39码（Code 39）是目前用途广泛的一种条形码， 可表示数字、英文字母以及“−”、“.”、“/”、 “*” 等 44 个符号，其中“*”仅作为起始符和终止符； ✓93码（Code93）密度较高，能够替代39码； ✓ISBN用于图书管理； ✓25码主要应用于包装、运输以及国际航空系统的 机票顺序编号等。
1、一维条码
一维条形码的用途非常广泛，不同的码制可用于不同 的应用领域。如
✓EAN 码是国际通用的符号体系，是一种长度固 定、无含意的条码，所表达的信息全部为数字， 主要应用于商品标识； ✓39码（Code 39）是目前用途广泛的一种条形码， 可表示数字、英文字母以及“−”、“.”、“/”、 “*” 等 44 个符号，其中“*”仅作为起始符和终止符； ✓93码（Code93）密度较高，能够替代39码； ✓ISBN用于图书管理； ✓25码主要应用于包装、运输以及国际航空系统的 机票顺序编号等。
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4.7.1 条码的分类
随着条形码技术的发展并逐渐渗透到各个技术领 域，条形码的种类越来越多，分类方法也有多种。 按条形码的维数可分为
➢一维条形码 ➢二维条形码 ➢三维条形码
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1、一维条码
一维条码/一维条形码（Bar code）：由一组规则排 列的条、空以及对应的字符组成的标记。
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4.7.1 条码的发展
➢1981 年，128 码被推荐使用， 1982 年 93 码开始使用，这 两种码的条码符号信息密度比 39 码高出近 30%。 ➢随着条码技术的逐步发展，条形码码制种类的不断增加，先 后制定了一系列条形码标准包括军用标准 1189、39 码和 Codabar等。 ➢1991年，美国Symbol公司正式推出PDF417二维条码，其 信息密度是一维码CodeC39的20多倍，信息容量大、可靠性 高、保密防伪性强。 ➢之后，各国研究人员又发明多种二维条码，如Datamatrix、 Maxieodeone等， 之外，还有一些企业和机构发明的未完全公开的二维条码。 ➢目前，条形码被广泛用于大型超市的商品、火车票、产品流 水线、登机牌等物品的识别。
第四章 智能仪器人机交互接口
本章内容
4.1 键盘与接口 4.2 LED显示与接口 4.3 键盘/显示器接口设计 4.7 条码
4.4 LCD显示及接口
4.5 触摸屏
4.6 打印记录技术
4.8 IC卡
首页
4.7 条码
•条码/条形码(Barcode) 技术是集条码编码技术、光 电技术、通讯技术、计算机处理技术、识别技术及印 刷技术等技术于一体的信息自动识别与录入技术，每 一种物品条码是唯一的，通过条码可实现信息的快速 准确获取和传输，具有操作简单，信息量大，成本低 等优点，广泛应用于商业、交通运输、图书管理、物 流配送以及政府机构、医疗卫生、军事等国民经济和 人们日常生活中。
✓ “条”指条形码图像中黑色的直线，“空”指 条形码图像中白色的直线，条和空组合到一起表 示不同的信息。 ✓一维条形码只在水平方向表达信息，在垂直方向 不表达任何信息，条形码的高度只是便于终端设 备进行解码。 ✓一维条形码在使用过程中仅用于识别信息，与物 品信息的对应关系需要通过建立数据库。
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4.7.1 条码的发展
➢产 生 于 二 十 世 纪 二 十 年 代 ， 诞 生 于 威 斯 汀 豪 斯 （Westinghouse）实验室，用于邮件分拣行业。约翰·科芒德 （John Kermode）想对邮政单据实现自动分检。 ➢1970 年美国超级市场 Ad Hoc 委员会制定出通用产品代码 （Universal Product Code，UPC 码），为条码的统一和广 泛采用奠定了基础。 ➢1972 年蒙那奇.马金（Monarch Marking)等人研制出库德 巴(Codabar)码，美国的条形码技术进入新的发展阶段。 ➢1974 年戴维.阿利尔(Davide Allair)博士研制出第一个字母 数字相结合的39码，美国国防部作为军用条码码制，后来广泛 应用于工业领域。 ➢ 1976 年欧洲 12 国（英国、法国、丹麦、瑞士、奥地利、 挪威、瑞典、芬兰、意大利、比利时、原联邦德国、荷兰）在 UPC 条码的基础上制定出欧洲物品编码 EAN-13 和 EAN-8 码。
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测量系统的智能化PPT课件
第22页/共52页
二标准值实时自校法
自校准功能实现的原理框图如图所准值，输出值为y0＝a0； 第二步标定，输入信号为标准值VR，输出值为yR； 第三步测量，输入信号为传感器的输出Vx，输出值为yx，则被校环节的增益a1为：
a1
yR y0 VR
Vx
第32页/共52页
干扰的耦合方式
上述干扰的耦合方式主要有以下四种： ➢静电耦合：即经杂散电容耦合到电路中去。 ➢电磁耦合：即经互感耦合到电路中去。 ➢共阻抗耦合：即电流经两个以上电路之间的公共阻抗耦合到电路中去。 ➢漏电流耦合：即由于绝缘不良由流经绝缘电阻的电流耦合到电路中去。
第33页/共52页
电容耦合
第13页/共52页
(4)加入校正环节
在整个检测系统中加入非线性校正环节的 方式，可以是串联方式接入，即开环式；也 可以是作为系统的反馈回路接入，即闭环式。 非线性校正环节本身的持性是非线性的，用 它的非线性去补偿检测系统的非线性。非线 性校正环节持性，由检测系统的非线性持性 用解析法或图解法求得。
这是一种分段线性插值法。它是根据精度要求 对反非线性特性曲线（如图5－2）进行分段， 用若干段折线逼近曲线。将折点座标值（ui，xi） 存入数据表中，测量时首先要判断输入被测量xi 的电压值ui是在哪一段，然后根据那一段的斜率 进行线性插值，即得输出值yi=xi。 以三段为例，折点座标值为：(ul，xl），（u2， x2），(u3，x3)，(u4，x4），如图5－3所示。
第14页/共52页
第15页/共52页
第16页/共52页
数字线性化
上面介绍的线性化方法是在模拟量的输入通道中加非 线性补偿电路。在非电量电测系统中，非线性校正装 置也可以放置在A／D转换之后。随着计算机技术的 广泛应用，尤其是微型计算机的迅速发展，人们想到 了充分利用计算机处理数据的能力。
二标准值实时自校法
自校准功能实现的原理框图如图所准值，输出值为y0＝a0； 第二步标定，输入信号为标准值VR，输出值为yR； 第三步测量，输入信号为传感器的输出Vx，输出值为yx，则被校环节的增益a1为：
a1
yR y0 VR
Vx
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干扰的耦合方式
上述干扰的耦合方式主要有以下四种： ➢静电耦合：即经杂散电容耦合到电路中去。 ➢电磁耦合：即经互感耦合到电路中去。 ➢共阻抗耦合：即电流经两个以上电路之间的公共阻抗耦合到电路中去。 ➢漏电流耦合：即由于绝缘不良由流经绝缘电阻的电流耦合到电路中去。
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电容耦合
第13页/共52页
(4)加入校正环节
在整个检测系统中加入非线性校正环节的 方式，可以是串联方式接入，即开环式；也 可以是作为系统的反馈回路接入，即闭环式。 非线性校正环节本身的持性是非线性的，用 它的非线性去补偿检测系统的非线性。非线 性校正环节持性，由检测系统的非线性持性 用解析法或图解法求得。
这是一种分段线性插值法。它是根据精度要求 对反非线性特性曲线（如图5－2）进行分段， 用若干段折线逼近曲线。将折点座标值（ui，xi） 存入数据表中，测量时首先要判断输入被测量xi 的电压值ui是在哪一段，然后根据那一段的斜率 进行线性插值，即得输出值yi=xi。 以三段为例，折点座标值为：(ul，xl），（u2， x2），(u3，x3)，(u4，x4），如图5－3所示。
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数字线性化
上面介绍的线性化方法是在模拟量的输入通道中加非 线性补偿电路。在非电量电测系统中，非线性校正装 置也可以放置在A／D转换之后。随着计算机技术的 广泛应用，尤其是微型计算机的迅速发展，人们想到 了充分利用计算机处理数据的能力。
第7章 智能化技术 智能仪器教学课件
1、 RAM自检
2、ROM自检
3、特殊功能寄存器自检 4、总线及Ｉ／Ｏ接口电路自检
5、Ａ／Ｄ、Ｄ ／Ａ自检
A/D转换器及标定电路的自检 D/A转换器的自检
6、显示部件自检
四、自检软件
第２节 克服随机误差的数字滤波法
常用数字滤波算法有：程序判断、 中立值滤波、算术平均滤波、递推平 均滤波、加权递推平均滤波、一阶惯 性滤波和复合滤波等。
按莱特准则，当测量数n→∞，且误差服从正态分布时， 在各次测量值中，若某次测量值X(i)所对应的剩余误差Vi 大于3σ，则Vi为粗大误差，X（i）为奇异值，应剔除。
⑤剔除坏值后，重复①~④步，求出数学期望值：
1 n
Y X (i) n i1
思考与练习
P196：1，3，4，6
2）人工自动校正
第４节 消除粗大误差的软件算法
一、粗大误差的性质 二、数字滤波法消除粗大误差 1、莱特准则数字滤波法
１，…，Ｘn为n次采样值，
①求测量数据的算术平均值
Y
1
'
n'
X (i)
i 1
n ②求采样数据的剩余误差
Vi X(i)Y
③计算标准偏差
V
1
n
2
n1 i1 i
④判断并剔除奇异项。
时放大器输出电压UO3： UO3G
b.再将S2接通，S3断开，即给定的基准电压UＲ接至放大器
的输入端。此时输出电压UO2：U O 2(UR)G
c.最后将Ｓ１接通，Ｓ２断开，此时输出电压UO1：
U O 1(UX)G
则待测的未知量Ux：
U U O1
O3
U U X
R
U U O2
O3
教学课件 《智能仪器(第3版)》程德福
由测量技术、计算机技术、通讯技术三部分组成。测量 技术是关键和基础； 王大珩：能不能创造高水平的科学仪器和设备体现了一 个民族、一个国家的创新能力。
一、从传统仪器仪表到智能仪器
6.对仪器仪表重要性的认识
英国著名科学家H. Pavy曾明确指出：
“Nothing begets good science like development of a good instrument” （发展一种好的仪器对于一门科学的贡献超过 了任何其他事情）
智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物；
是含有微计算机或微处理器的测量(或检测)仪器；
具有对数据的存储、处理、逻辑判断及自动化操 作等功能；
具有一定智能的作用(表现为智能的延伸或加强 等) 。
一、从传统仪器仪表到智能仪器
1984年：我国仪器学会成立“自动测试与智能仪器专业学组”；
1986年：IMEKO(国际测量联合会)以“智能仪器”为主题召开了专门的讨 论会；
一、从传统仪器仪表到智能仪器
6.对仪器仪表重要性的认识
仪器仪表是： 国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法官”
一、从传统仪器仪表到智能仪器
6.对仪器仪表重要性的认识：测量
门捷列夫：科学是从测量开始的； 钱学森：新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术
一、从传统仪器仪表到智能仪器
同学在学习和生活中，接触、使用或
2.九类基础性测试计量仪器了解哪些仪器仪表？期中智能化如何？
几何量：长度、角度、形貌、相互位置、位移、 距离测量仪器等； 机械量：各种测力仪、硬度仪、加速度与速度 测量仪、力矩测量仪、振动测量仪等； 热工量：温度、湿度、流量测量仪器等； 光学量：如光度计、光谱仪、色度计、激光参 数测量仪、光学传递函数测量仪等；
一、从传统仪器仪表到智能仪器
6.对仪器仪表重要性的认识
英国著名科学家H. Pavy曾明确指出：
“Nothing begets good science like development of a good instrument” （发展一种好的仪器对于一门科学的贡献超过 了任何其他事情）
智能仪器是计算机技术与测量仪器相结合的产物；
是含有微计算机或微处理器的测量(或检测)仪器；
具有对数据的存储、处理、逻辑判断及自动化操 作等功能；
具有一定智能的作用(表现为智能的延伸或加强 等) 。
一、从传统仪器仪表到智能仪器
1984年：我国仪器学会成立“自动测试与智能仪器专业学组”；
1986年：IMEKO(国际测量联合会)以“智能仪器”为主题召开了专门的讨 论会；
一、从传统仪器仪表到智能仪器
6.对仪器仪表重要性的认识
仪器仪表是： 国民经济的“倍增器” 科学研究的“先行官” 现代战争的“战斗力” 法庭审判的“物化法官”
一、从传统仪器仪表到智能仪器
6.对仪器仪表重要性的认识：测量
门捷列夫：科学是从测量开始的； 钱学森：新技术革命的关键技术是信息技术。信息技术
一、从传统仪器仪表到智能仪器
同学在学习和生活中，接触、使用或
2.九类基础性测试计量仪器了解哪些仪器仪表？期中智能化如何？
几何量：长度、角度、形貌、相互位置、位移、 距离测量仪器等； 机械量：各种测力仪、硬度仪、加速度与速度 测量仪、力矩测量仪、振动测量仪等； 热工量：温度、湿度、流量测量仪器等； 光学量：如光度计、光谱仪、色度计、激光参 数测量仪、光学传递函数测量仪等；
《智能仪器仪表》课件
空气质量监测
01
智能仪器仪表可以实时监测空气质量，为环境保护部门和公众
提供准确的数据。
水质监测
Байду номын сангаас
02
通过智能仪器仪表，可以检测水体的各种参数，如pH值、浊度
、溶解氧等，确保水质安全。
气象监测
03
智能仪器仪表在气象监测中发挥着重要作用，如风速、风向、
温度、湿度等参数的监测。
05
智能仪器仪表的未来展望与挑战
1 2
医疗诊断设备
智能仪器仪表广泛应用于医疗诊断设备中，如心 电图机、血压计等，提高诊断准确率。
病人监护系统
通过智能仪器仪表，可以实时监测病人的生理参 数，为医护人员提供及时准确的病人信息。
3
医疗影像设备
智能仪器仪表在医疗影像设备中发挥着重要作用 ，如CT、MRI等设备中的图像处理和数据分析。
环境监测领域的应用
总结词
随着智能仪器仪表的普及，安全与隐私保护成为亟待解决的问题，需要加强数据 加密、访问控制和安全审计等方面的措施。
详细描述
由于智能仪器仪表通常需要收集和处理大量敏感数据，因此需要采用强大的加密 技术和访问控制机制来保护数据安全。同时，应加强安全审计和监控，及时发现 和应对潜在的安全威胁。
成本与普及率的考量
04
智能仪器仪表的实际应用案例
工业自动化领域的应用
自动化生产控制
智能仪器仪表在工业自动 化领域中主要用于实时监 测和控制生产流程，确保 产品质量和生产效率。
智能传感器
通过智能传感器，可以实 时监测机器的运行状态， 预测潜在故障，并及时采 取措施，减少停机时间。
数据集成与分析
智能仪器仪表能够收集大 量生产数据，通过数据分 析，帮助企业优化生产流 程，降低成本。
《智能仪器设计方法》PPT课件
三个阶段
精选PPT
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
“智能仪器设计”的研究内容定位
人工智能 少数仪器，如中医诊断仪，利用 了专家系统，现在已经不多见应用。现在比 较多的是测量仪器，能够把测量结果和标准 测量结果比较，得出那些指标超标
计算机化仪器，微型计算机在仪器中的应用， 显示、控制、接口
虚拟仪器 以软面板为特征的仪器
仪器设计，智能仪器的设计
软件研制：
➢ 软件设计作一个总体规划 ➢ 程序功能块划分 ➢ 确定算法 ➢ 分配系统资源和设计流程图 ➢ 编写程序 ➢ 程序调试和纠错以及各部分程序连接及系
统总调
结构化和模块化程序设计： 自底向上模块化程序设计 自顶向下模块化程序设计
三种基本程序结构：
顺序结构、选择结构、循环结构 智能仪器的软件结构： 智能仪器的软件通常由监控程序、 中断程序，测量程序和数据处理程序组成。
智能仪器还应有很好的可维护性，为此， 仪器结构要规范化、模块化，并配有现场故障 诊断程序，一旦发生故障，能保证有效地对故 障进行定位，以便更换相应的模块，使仪器尽 快地恢复正常运行。
4．仪器工艺结构与造型设计要求
仪器结构工艺是影响可靠性的重要因素， 首先要依据仪器工作环境条件，是否需要防 水、防尘、防爆密封，是否需要抗冲击、抗 振动、抗腐蚀等要求，设计工艺结构；仪器 的造型设计亦极为重要。总体结构的安排、 部件间的连接关系、面板的美化等都必须认 真考虑，最好由结构专业人员设计，使产品 造型优美、色泽柔和、外廓整齐、美观大方。
组合化设计方法及优点
开放式体系结构和总线系统技术发展，导致了 工业测控系统采用组合化设计方法的流行，即 针对不同的应用系统要求，选用成熟的现成硬 件模板和软件进行组合。
精选PPT
2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
“智能仪器设计”的研究内容定位
人工智能 少数仪器，如中医诊断仪，利用 了专家系统，现在已经不多见应用。现在比 较多的是测量仪器，能够把测量结果和标准 测量结果比较，得出那些指标超标
计算机化仪器，微型计算机在仪器中的应用， 显示、控制、接口
虚拟仪器 以软面板为特征的仪器
仪器设计，智能仪器的设计
软件研制：
➢ 软件设计作一个总体规划 ➢ 程序功能块划分 ➢ 确定算法 ➢ 分配系统资源和设计流程图 ➢ 编写程序 ➢ 程序调试和纠错以及各部分程序连接及系
统总调
结构化和模块化程序设计： 自底向上模块化程序设计 自顶向下模块化程序设计
三种基本程序结构：
顺序结构、选择结构、循环结构 智能仪器的软件结构： 智能仪器的软件通常由监控程序、 中断程序，测量程序和数据处理程序组成。
智能仪器还应有很好的可维护性，为此， 仪器结构要规范化、模块化，并配有现场故障 诊断程序，一旦发生故障，能保证有效地对故 障进行定位，以便更换相应的模块，使仪器尽 快地恢复正常运行。
4．仪器工艺结构与造型设计要求
仪器结构工艺是影响可靠性的重要因素， 首先要依据仪器工作环境条件，是否需要防 水、防尘、防爆密封，是否需要抗冲击、抗 振动、抗腐蚀等要求，设计工艺结构；仪器 的造型设计亦极为重要。总体结构的安排、 部件间的连接关系、面板的美化等都必须认 真考虑，最好由结构专业人员设计，使产品 造型优美、色泽柔和、外廓整齐、美观大方。
组合化设计方法及优点
开放式体系结构和总线系统技术发展，导致了 工业测控系统采用组合化设计方法的流行，即 针对不同的应用系统要求，选用成熟的现成硬 件模板和软件进行组合。
智能化仪器原理及应用(第三版)课件：智能型温度测量仪
智能型温度测量仪
在RAM区中还开辟了4个通用工作寄存区， 共有32个通 用寄存器， 可以适用于多种中断或子程序嵌套的情况。 在MCS-51系列单片机内部， 还有1个由直接可寻址位组 成的布尔处理机， 即位处理机。 指令系统中的位处理指 令专用于对布尔处理机的各位进行布尔处理， 特别适用 于位线控制和解决各种逻辑问题。
智能型温度测量仪
MCS-51 简化结构框图与逻辑符号如图4-3所示。
XTAL1、 XTAL2： 内部振荡电路的输入/ RESET：
EA ： 内外程序存储器选择端。 当 EA 为高电平时， 访问内部程序存储器； 当 EA 保持低电平时， 只访问外部 程序存储器， 不管是否有内部存储器。
智能型温度测量仪
P2.０相连。 存储器和8155的控制信号线分别与8031的相应端
相接， 从而可实现各种器件的读写操作。
智能型温度测量仪
4.2.2
温度是一个很重要的物理参数， 也是一个非电量， 自然界中任何物理化学过程都紧密地与温度相联系。 在 很多产品的生产过程中， 温度的测量与控制都直接和产 品质量、 生产效率、 节约能源以及安全生产等重要经济 技术指标相联系。 因此， 温度的测量是一个具有重要意 义的技术领域， 在国民经济各个领域中都受到相当的重 视。
智能型温度测量仪
与此同时， 将数据显示和打印出来； 也可将输出的开关 量经D/A 转换成模拟量输出， 或者利用串、 并行标准接 口实现数据通信。 整机工作过程是在系统软件控制下进 行的。 工作程序编制好后写入只读存储器中， 通过键盘 可将必要的参数和命令存入读/写存储器中。
智能型温度测量仪 图 4-2 智能型温度测量仪的工作流程
智能型温度测量仪
智能化仪器原理及应用
智能仪器设计基础I正式PPT课件
历程4
20世纪70年代以后，随着微处理器的广泛应用，出现了突破传统概念的 新一代仪器，即—智能仪器。这类仪器内置单片机或体积很小的微处理 器，仪器的功能由硬件和软件结合来完成。1974年出现电压电流波形等 间隔采样技术，揭开了智能仪器应用大幕。
历程5
虚拟仪器是智能仪器发展的新的里程碑， 虚拟仪器以PC为核心，由测 量应用软件支持，具有虚拟的仪器操作面板，足够的仪器硬件或通信功 能的测量信息处理装置。“软件就是虚拟仪器”。
知识点5
高速数字电路的信号完整性分析：信号完整性原理，传输线理论基础，信号完 整性分析实例
6/24
第6页/共24页
《第二章 智能仪器的硬件设计基础》
2.4 智能仪器的后向通道设计
知识点1
D/A的基本原理和信号的直接数字合成
① D/A的基本原理，性能指标； ② DDS的技术原理；
知识点2
输出信号的功率放大技术
微处理器与存储器和外围IC的接口技术：SRAM，Flash，EEPROM，A/D和 D/A，双口RAM；并行接口，SPI接口，IIC接口，SCI接口
知识点3 智能仪器的人机接口：LCD显示，LED显示，键盘设计
知识点4
基于CPLD和FPGA的接口电路设计方法：CPLD和FPGA原理，硬件描述语言， 接口设计举例
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11/24
第一讲 绪论
1.1 智能仪器的重要作用（1）
概念1
信息技术包括测量技术、计算机技术和通信技术，而测量技术是关键和 基础。智能仪器是对物质世界的信息进行测量和控制的基础手段和设备 ，使信息产业的源头和组成部分
概念2
智能仪器是认识世界的工具，是人们对物质实体及其属性进行观察、监 视、测定、验证、记录、传输、变换、显示、分析和处理与控制的各种 器具与系统的总称。
智能仪器
1.什么是智能仪器？它的通用组成结构及框图（P4图1.1）智能仪器是计算机技术与测试技术相结合的产物，是含有微计算机或微处理器的测量仪器。
2.什么是仪用放大器的组成形式及特点？应如何选用？放大倍数如何计算？ （P17，图2.13） 仪用放大器是指用来放大传感器输出的微弱电压或电流信号的放大器。
特点：1、电阻对称，增益可调2、共模电压，飘移，失调电压均在RP 两端自动消除，不产生影响，具有高共模抑制能力应选用输入阻抗和共模抑制比高，误差小，稳定性好的。
放大倍数：G= 35121R R R R G ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+- 3.什么是隔离放大电路？就一种隔离方式简述其工作原理。
隔离放大电路是指电源、输入放大器及输出放大器没有公共端，即不共地。
光耦合隔离放大电路的基本原理如图所示，它是通过中间的一个光电隔离器将输入与输出放大器隔开的，这样可提高抗干扰能力。
4．开关量信号的特点和作用。
开关量信号是指只有开关、通、断高和低两种状态的信号，可以用二进制0和1表示。
特点：①相对于模拟信号——信号的大小、方向在时间上是连续变化的②相对于模拟信号它具有较强的抗干扰能力。
作用：开关量输入输出部分是智能仪器与外设的联系部分，智能仪器通过接受外部设备的输入开关量和向外部设备发送开关量信号，实现对外部设备的检测、识别和对外部执行元器件的驱动和控制。
5.在设计智能仪器选择采样保持器时，主要考虑哪些因素？一个带有采样保持器的系统是否可以无限制提高其采样频率？为什么？1、捕捉时间2、孔径时间3、孔径不定时间：孔径变化范围。
4、孔径误差5、保持电压的下降速度 不可以，每个采样值转换成数字量都要一定的时间频率越高，速度也就相应要越快了。
6.请利用DAC0832 D/A 转换器、LM311高速电压比较（用法可看参考书）和89C51 构成一个8位逐次逼近式A/D 转换器。
首先由用单片机p0.0~p0.7给出数80H 输出到0832,的D0~D7.。
现代传感器与智能仪器课件
（4）智能化传感器既能够很方便地实时处 理、存储所探测到的大量数据。
(5)可以进行通信，与计算机进行通信联络 和交换信息
（6） 可以用于构成传感器网络
24
6．无线网络化(wirelessnetworked) 无线传感器网络是由具有无线通信与计算
能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网 络系统，是能根据环境自主完成指定任务的” 智能”系统。
15
新材料、新原理、新效应、新工艺、新方法 将使传感器技术产生革命性的发展
开发新材料、
研究新工艺、
利用新概念和 新原理、新设 计方法
研究传感器的 高精度、微型
新型 传感器
微型化、 数字化、 智能化、 多功能化、
化、集成化、 智能化、网络
系统化、
化、以及多传
网络化
感器的融合和
集成。
16
新型材料的开发和利用将对传感器的发展 带来新的变化，如：半导体材料、陶瓷材 料，光导纤维、纳米材料、超导材料等
按输出信号分类：模拟式传感器、数字式传感器
按构成分类：结构型传感器、物性型传感器
9
按外界信息及变换效应分类：物理传感器、 化学传感器、生物传 感器
按功能分类：单一功能、多功能、智能化、 传感器网络
按与被测量关系分类：接触式、非接触式
10
★传感器技术的应用
传感器已经渗透的各个行业的各个角落。 如：在航天、航空、兵器、船舶、交通、冶金、 机械、电子、化工、轻工、能源、环保、煤碳、 石油、医疗卫生、生物工程、宇宙开发等领域 以及农、林、牧、渔业，甚至人们日常生活的 各个方面，几乎无处不使用传感器，无处不需 要传感器技术。
监护监测、呼吸、神经、心血管疾病的诊断与 治疗等方面
▲在军事方面的应用 促进了武器、作战指挥、控制、监视和通
(5)可以进行通信，与计算机进行通信联络 和交换信息
（6） 可以用于构成传感器网络
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6．无线网络化(wirelessnetworked) 无线传感器网络是由具有无线通信与计算
能力的微小传感器节点构成的自组织分布式网 络系统，是能根据环境自主完成指定任务的” 智能”系统。
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新材料、新原理、新效应、新工艺、新方法 将使传感器技术产生革命性的发展
开发新材料、
研究新工艺、
利用新概念和 新原理、新设 计方法
研究传感器的 高精度、微型
新型 传感器
微型化、 数字化、 智能化、 多功能化、
化、集成化、 智能化、网络
系统化、
化、以及多传
网络化
感器的融合和
集成。
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新型材料的开发和利用将对传感器的发展 带来新的变化，如：半导体材料、陶瓷材 料，光导纤维、纳米材料、超导材料等
按输出信号分类：模拟式传感器、数字式传感器
按构成分类：结构型传感器、物性型传感器
9
按外界信息及变换效应分类：物理传感器、 化学传感器、生物传 感器
按功能分类：单一功能、多功能、智能化、 传感器网络
按与被测量关系分类：接触式、非接触式
10
★传感器技术的应用
传感器已经渗透的各个行业的各个角落。 如：在航天、航空、兵器、船舶、交通、冶金、 机械、电子、化工、轻工、能源、环保、煤碳、 石油、医疗卫生、生物工程、宇宙开发等领域 以及农、林、牧、渔业，甚至人们日常生活的 各个方面，几乎无处不使用传感器，无处不需 要传感器技术。
监护监测、呼吸、神经、心血管疾病的诊断与 治疗等方面
▲在军事方面的应用 促进了武器、作战指挥、控制、监视和通
智能传感器与检测技术的发展详解课件
第4页，共49页。
1．智能传感器的功能
先看一个智能传感器的例子（工作原理）
红外传感器将被检测目标的温度转为电信号，A／D后输入单片机
温度传感器将环境温度转换为电信号，经A／D变换后输入单片机
单片机中存放有红外传感器的非线性校正数据；
红外传感器检测的数据经单片机计算处理，消除非线性误差后，
第34页，共49页。
（1）传感器网络的作用
传感器网络可以实施远程采集数据，并进行分类存储和应用。 传感器网络上的多个用户可同时对同一过程进行监控。
区别不同的时空条件和仪器仪表、传感器的类别特征，测出临 界值，作出不同的特征响应，完成各种形式、各种要求的任务。
第35页，共49页。
（2）传感器网络的结构
3．无线网络传感器技术
（1）传感器网络的构成
无线传感器网络是由许多传感器节点协同组织起来的。 传感器网络的节点可以随机或者特定地布置在目标环境 中，它们之间通过无线网络、采用特定的协议自组织起 来，从而形成了由传感器节点组成的网络系统，以实现 能够获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任 务的功能。
智能调节阀系统包含如下几个部分： ①带有微处理器及智能控制软件的控制器； ②用于提供各种参数变化信号的传感器；
③信号变换器与I／0及通讯接口；
④执行机构和阀。
第44页，共49页。
智能调节阀系统
电源
上位计算机 （用于整定/ 组态/诊断/数
据采集）
过程控制器/ 集散控制系统 （用于设定给 定值或控制）
3．汽车制动性能检测仪
第20页，共49页。
第二节 检测技术的新技术发展
第21页，共49页。
一、检测技术的发展趋势
发展变化包括； ①组传感器的复合检测技术
1．智能传感器的功能
先看一个智能传感器的例子（工作原理）
红外传感器将被检测目标的温度转为电信号，A／D后输入单片机
温度传感器将环境温度转换为电信号，经A／D变换后输入单片机
单片机中存放有红外传感器的非线性校正数据；
红外传感器检测的数据经单片机计算处理，消除非线性误差后，
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（1）传感器网络的作用
传感器网络可以实施远程采集数据，并进行分类存储和应用。 传感器网络上的多个用户可同时对同一过程进行监控。
区别不同的时空条件和仪器仪表、传感器的类别特征，测出临 界值，作出不同的特征响应，完成各种形式、各种要求的任务。
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（2）传感器网络的结构
3．无线网络传感器技术
（1）传感器网络的构成
无线传感器网络是由许多传感器节点协同组织起来的。 传感器网络的节点可以随机或者特定地布置在目标环境 中，它们之间通过无线网络、采用特定的协议自组织起 来，从而形成了由传感器节点组成的网络系统，以实现 能够获取周围环境的信息并且相互协同工作完成特定任 务的功能。
智能调节阀系统包含如下几个部分： ①带有微处理器及智能控制软件的控制器； ②用于提供各种参数变化信号的传感器；
③信号变换器与I／0及通讯接口；
④执行机构和阀。
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智能调节阀系统
电源
上位计算机 （用于整定/ 组态/诊断/数
据采集）
过程控制器/ 集散控制系统 （用于设定给 定值或控制）
3．汽车制动性能检测仪
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第二节 检测技术的新技术发展
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一、检测技术的发展趋势
发展变化包括； ①组传感器的复合检测技术